[发明专利]一种扰流管和相变材料协同耦合的电池热管理系统及其控制方法

权利要求书

1.一种扰流管和相变材料协同耦合的电池热管理系统，其特征在于，包括相变材料储存装置(100)、扰流管主管道(200)和扰流管副管道(300)，其中，

所述相变材料储存装置(100)包括底座(101)和可拆卸连接在底座(101)上的盖板(102)，且底座(101)和盖板(102)为密封连接，所述底座(101)包括一体成型的底板、左侧壁(103)、右侧壁(104)、前侧壁(105)、后侧壁(106)，所述左侧壁(103)、右侧壁(104)和后侧壁(106)均为长方形，所述前侧壁(105)的横截面呈连续的多个半圆形凸起(107)，半圆形凸起(107)的连接处设有可适配连接的连接块(108)和连接槽(109)，所述左侧壁(103)、右侧壁(104)上靠近后侧壁(106)的边缘处对称开设有主管道入口(110)且主管道入口(110)设有上下两个，所述盖板(102)、底板上靠近后侧壁(106)的边缘处分别均匀开设有多个副管道入口(111)，所述底座(101)内设有空腔，

所述扰流管主管道(200)通过主管道入口(110)插入空腔内并分别与左侧壁(103)、右侧壁(104)固定，所述扰流管副管道(300)通过副管道入口(111)插入空腔内并与所述扰流管主管道(200)连通，扰流管主管道口径大于副管道口径，扰流管主管道(200)和扰流管副管道(300)中通入冷却液，且上下两个扰流管主管道(200)中液体流动方向相反，所述扰流管主管道(200)中液体流速v_main和扰流管副管道(300)中液体流速v_assistant满足以下公式：v_mainv_assistant，且多个扰流管副管道(300)中液体流速v_assistant随距离扰流管主管道(200)冷却液入口的远近依次递减，所述空腔中填充有相变材料，同时相变材料中预埋温度传感器，所述相变材料的熔化点温度T_malting和扰流管主管道(200)及扰流管副管道(300)冷却液入口温度T_inlet满足以下公式：T_maltingT_inlet，

所述相变材料储存装置(100)设置有两个，两个所述相变材料储存装置(100)的前侧壁(105)相互密封连接，内部形成多个圆柱形空腔(112)，所述圆柱形空腔(112)内设置有电池套筒(400)，圆柱形空腔(112)内径与电池套筒(400)的外径相适配，电池套筒与相变材料储存装置前侧壁之间涂覆有导热粘合剂，所述电池套筒(400)内放置电池，电池套筒(400)表面为镂空结构，在电池套筒(400)的镂空处均匀分布有防火微球(401)。

2.根据权利要求1所述的一种扰流管和相变材料协同耦合的电池热管理系统，其特征在于，所述盖板(102)通过凹凸扣合结构与所述底座(101)连接。

3.根据权利要求1所述的一种扰流管和相变材料协同耦合的电池热管理系统，其特征在于，所述连接块(108)和连接槽(109)为凸块和凹槽结构或者榫头和卯槽结构。

4.根据权利要求1所述的一种扰流管和相变材料协同耦合的电池热管理系统，其特征在于，所述相变材料储存装置(100)由耐腐蚀材料制成，且装置的表面经过化学处理。

5.根据权利要求1所述的一种扰流管和相变材料协同耦合的电池热管理系统，其特征在于，所述电池套筒(400)由高导热材料制成。

6.根据权利要求1所述的一种扰流管和相变材料协同耦合的电池热管理系统，其特征在于，所述防火微球(401)通过镶嵌或粘贴的方式固定在电池套筒(400)的镂空处。

7.一种权利要求1至6任一项所述的扰流管和相变材料协同耦合的电池热管理系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，电池包进入工作状态，系统热启动后进行下一步；

第二步，系统自检并进行电池包温度信息采样，通过预埋到相变材料储存装置(100)中的温度传感器对电池包单元进行采样和统计；

第三步，在出厂和后期电池更换后需要对系统进行设置，针对不同种类的电池进行电池工作环境的设置：设置电池的最佳工作温度下限T₁和电池最佳工作温度上限T₂，相变材料初始液相率为f_{l_solid}＝0，相变材料完全熔化液相率为f_{l_malt}＝1，设定电池处于安全状态的高温持续时间t_safe；

第四步，通过所述温度传感器监测电池的实时温度，在单位监测时间内计算电池温度的加权平均温度T_ave，加权平均温度是根据电池单体距离扰流管主管道冷却液入口位置的远近进行加权计算，计算公式如下：

其中，x_i为电池单体距离扰流管主管道进口的距离，T_i是电池单体的实时温度，通过安装的温度传感器进行实时监测，计算得到电池的加权平均温度T_ave进行下一步的判断；

第五步，对电池的加权平均温度进行判断，将电池的加权平均温度T_ave和电池的最佳工作温度上限T₂进行比较，当电池的加权平均温度T_ave小于电池的最佳工作温度时进行第六步，否则进行第七步；

第六步，当电池的温度处于正常的工作温度范围内时，只采用相变材料进行电池热管理电池产生的热量被相变材料通过潜热吸收；

第七步，当电池的温度高于电池的最佳工作温度上限T₂时，对电池的高温持续时间进行计时，将电池处于较高温度的时间记为t_i并进行第八步；

第八步，判断电池处于较高温度的时间t_i是否小于设定的电池处于较高温度安全时间t_safe，若判断为是，则进行第九步，否则进行第十步；

第九步，当电池热管理系统只采用较低的泵耗时，采用扰流管主管道进行电池热管理，同时继续对电池温度信息进行监测；

第十步，当判断电池较高工作温度持续时间t_i大于电池处于较高温度安全时间t_safe，开始对相变材料的实时液相率f_{l_i}进行记录，并判断实时液相率f_{l_i}是否小于初始设定完全熔化液相率f_{l_malt}＝1，若判断为真，则进行第十一步，否则进行第十二步；

第十一步，当电池相变材料未熔化完全时，扰流管主管道采用较大流量能够满足电池热管理系统的散热要求，冷却液只通过扰流管主管道进行电池热管理，并进行继续对电池温度进行监测；

第十二步，当电池相变材料熔化完全时，电池温度较高，采用扰流管主管道和扰流管副管道同时工作进行电池热管理，并且根据电池的实时状态采用加大流量这一措施进行更加激进的电池热管理方案，防止电池进入高温失控的状态。